基于反相细乳液法制备无机纳米材料及其功能化研究

摘要

反相细乳液体系是一种以极性纳米液滴为分散相，非极性溶剂为连续相的非均相反应体系，能用于制备亲水型纳米粒子。与其他非均相反应体系相比，反相细乳液体系在纳米材料的形态控制和纳米尺度的材料复合方面也表现出了很大的优势，已发展为胶体化学和材料领域的研究热点。本文介绍了一种基于反相细乳液体系制备无机纳米胶囊和纳米复合粒子的方法，并对材料制备过程、形态控制机理及性能进行了系统研究。
　　在反相细乳液体系中，以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的酸性水滴为软模板，通过正硅酸乙酯(TEOS)的溶胶—凝胶过程，制备了纳米SiO2胶囊。CTAB和嵌段聚合物乳化剂的亲水链与SiO2的相互作用是形成胶囊形态的驱动力。研究了反应时间、CTAB用量、TEOS用量和盐酸(HClaq)浓度等因素对SiO2胶囊尺寸及形态的影响。结合实验结果，提出该体系中SiO2胶囊的形成机理。
　　在反相细乳液体系中，以含过渡金属盐的纳米水凝胶或含过渡金属盐的液滴为模板，通过TEOS的溶胶—凝胶过程，制备了以含过渡金属盐的纳米水凝胶或液滴为核、SiO2为壳的粒子。过渡金属盐与SiO2的相互作用是形成核—壳或胶囊形态的驱动力。考察了盐含量与类型、液滴pH值、TEOS用量以及HClaq和有机组分的比例等因素对SiO2粒子形态的影响。通过热处理，除去有机成分，能得到中空SiO2粒子。热处理过程中，同时将过渡金属盐转化为金属氧化物或金属纳米粒子，赋予中空SiO2粒子额外的功能。比如本文中将亚铁盐转化为磁性γ-Fe2O3，赋予材料磁性，拓宽其应用范围。
　　在反相细乳液体系中，通过钛酸四乙酯的溶胶—凝胶过程，制备HAuCl4/TiO2纳米凝胶;经过原位还原法制得有可见光催化活性的Au/TiO2纳米复合粒子。以罗丹明B的降解为模型反应，考察Au/TiO2纳米复合粒子的可见光催化活性。复合粒子中TiO2的相可以通过热处理方便地从无定形转化为结晶型的锐钛矿或金红石TiO2。考察了反应温度、金盐含量及热处理条件等因素对粒子形态、晶相、比表面积、孔特征及可见光催化活性的影响。
　　本论文的研究表明，利用无机前驱物的反相细乳液溶胶—凝胶过程，能制备不同的无机粒子，并能对粒子形态和组成进行设计和控制。本论文所提出的方法有很好的通用性和灵活性，有望成为制备此类具有复杂形态的纳米复合粒子的通用技术。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 文献综述

1．1 反相细乳液

1．1．1 细乳液简述

1．1．2 反相细乳液筒述

1．1．3 反相细乳液的稳定机制

1．1．4 反相细乳液的应用

1．2 无机纳米材料

1．2．1 中空SiO2纳米材料

1．2．2 TiO2纳米材料

1．3 论文选题

参考文献

第二章 SiO2胶囊的制备及形成机理与粒子性能的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 SiO2胶囊和粒子的制备

2．2．3 SiO2胶囊和粒子的煅烧

2．2．4 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 反应时间

2．3．2 TEOS用量

2．3．3 CTAB含量

2．3．4 P(E／B)—PEO含量

2．3．5 HClaq浓度

2．3．6 尺寸控制

2．3．7 酸性反相细乳液体系SiO2胶囊和粒子的形成机理

2．3．8 中空SiO2粒子的孔性质与比表面积

2．4 本章小结

参考文献

第三章 以含过渡金属盐的纳米水凝胶为模板制备SiO2／纳米微凝胶核—壳粒子及中空SiO2粒子

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 反相细乳液的制备与聚合反应

3．2．3 SiO2／水凝胶核—壳杂化粒子的制备

3．2．4 SiO2／水凝胶杂化粒子的煅烧

3．2．5 中空SiO2粒子在水中的再分散

3．2．6 磁性中空SiO2粒子的制备

3．2．7 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 SiO2／聚合物核—壳粒子与中空SiO2粒子的制备

3．3．2 盐含量对粒子形态的影响

3．3．3 纳米水凝胶的pH值对粒子形态的影响

3．3．4 TEOS与HClaq用量对粒子壳层稳定性及形态的影响

3．3．5 以含Fe(BF4)2的纳米水凝胶为模板制备磁性中空SiO2粒子

3．3．6 聚合物模板多样性

3．4 本章小结

参考文献

第四章 以含过渡金属盐的亲水液滴为模板制备中空SiO2纳米粒子

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 反相细乳液的制备

4．2．3 界面溶胶—凝胶过程制备SiO2胶囊

4．2．4 SiO2胶囊的煅烧

4．2．5 SiO2胶囊在水中的再分散

4．2．5 SiO2胶囊在水中的再分散

4．2．6 磁性SiO2胶囊的制备

4．2．7 测试与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 利用过渡金属盐驱动的界面水解—缩合反应制备SiO2胶囊

4．3．2 过渡金属盐含量对粒子形态的影响

4．3．3 通过TEOS含量调节粒子壳壁厚度和壳壁稳定性

4．3．4 粒子尺寸与尺寸分布的调控

4．3．5 pH值对粒子形态的影响

4．3．6 磁性SiO2胶囊的制备

4．4 本章小结

参考文献

第五章 Au／TiO2纳米复合粒子的制备与光催化性能研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验原料

5．2．2 HAuCl4／TiO2纳米复合粒子的制备

5．2．3 Au／TiO2纳米复合粒子的例备

5．2．4 Au／TiO2纳米复合粒子的煅烧

5．2．5 Au／TiO2纳米复合粒子的可见光催化活性实验

5．2．6 测试与表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 HAuCl4／TiO2和Au／TiO2纳米复合粒子的制备

5．3．2 Au／TiO2纳米复合粒子的晶体结构

5．3．3 影响Au／无定形TiO2纳米复合粒子性质的因素

5．3．4 不同晶型的Au／TiO2纳米复合粒子的光催化性能

5．4 本章小结

参考文献

第六章 结论与展望

作者简历

攻读硕士期间获得科研成果